realidade virtual - cin.ufpe.brif687/frame/turmas/turma_2011_1/aula_30_05_2011.pdf · ambientes...
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Realidade Virtual
Judith Kelner e vários autores
Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multimídia
Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Informática
Recife, Maio de 2011
Roteiro
História
Visão Geral
RA x RV
Sistemas de RV
Conceitos matemáticos
Aplicações
Conclusão
Origem do Nome
1973 – Myron Krueger
“Realidade Artificial”
Origem do Nome
1984 – William Gibson
“Espaço Cibernético”
Origem do Nome
Início dos anos 80 - Jaron Lanier
“Realidade Virtual”
História
1950 1962 1970 1982 1987
Engelbart Ivan Sutherland“capacete digital”
Thomas Zimmerman e Jaron Lanier"Data Glove”
Ivan Sutherland“Sketchpad”
Thomas Furness“SuperCockpit”
Visão Geral
Realidade virtual (ou RV) é o uso de tecnologia para gerar por computador um ambiente completo, que permita imersão e interação pelo usuário em tempo real.
“Um ambiente artificial criado em
computador e apresentado ao
utilizador de tal modo
que pareça um ambiente
real.”
Visão Geral
Imersão
ImaginaçãoInteração
Espaço-Tempo 4D
Imagens Computadorizadas 3D
+Tempo
Animações em Tempo Real
Dispositivos
Tipos de RV (de acordo com a referência [1])
Podemos classificar por:
Tipo do Ambiente
Ambiente Real
Ambiente Virtual
Ambiente Misto
Tipo da Interação
Sistemas não-imersivos
Sistema semi-imersivos
Sistema imersivos
Tipos de RV
ImersivosU A
Semi-ImersivosUA
Não ImersivosU|A
Real
A chamada telepresença.Ex: Recuperação deartefatos arqueológicossubmarinos a alta profundidade com robôsTelecomandado.
Reproduções navegáveis de ambientes reais de difícil ouimpossível acesso.Ex: Treino de pilotagem de um veículo.
Reproduções tridimensionais de ambientes reais de difícil ou impossível acesso.Ex: TAC (Tomografia AxialComputadorizada).
Misto
A chamadaRealidadeAumentada.Ex: Operaçãomédica robotizada.
Modelos navegáveis deambientes reais alterados.Ex:Tour virtualpelo sistema solar.
Teste virtual de elementos a serintroduzidos num ambiente real.Ex: Visualização 3D do projeto de um edifício.
Virtual
Realidade Virtual no sentido mais puro da palavra.Ex: Espaço Cibernético(Cyberspace)
Reproduções navegáveis deambientes imaginários ouinacessíveis.Ex: Passeio virtual na Terra Média do Senhor dos Anéis
ReproduçõestridimensionaisDe ambientes imaginários ou inacessíveis.Ex: Aspecto da Terra Pré-Histórica.
RA vs RV
Ambiente Real
VirtualidadeAumentada
RealidadeAumentada
AmbienteVirtual
Realidade Aumentada
Realidade Aumentada é a inserção de objetos virtuais no ambiente físico, mostradaao usuário, em tempo real, com o apoio de algum dispositivo tecnológico
Realidade Virtual
Realidade Virtual é uma interface avançadapara aplicações computacionais, onde o usuário pode navegar e interagir, em tempo real, em um ambiente tridimensional geradopor computador
Realidade Virtual
Vantagens
Ambiente Real perigoso e custoso
Simulação de diversas situações e ambientes
Repetição e treinamento
Realidade Virtual
Vantagens
A probabilidade de um piloto regressar de uma missão subia para 95% após a quinta missão bem sucedida
Realidade Virtual
Desvantagens
Doença Cibernética
Custos do Sistema
Complexidade de desenvolvimento
Equipamento incômodo
Realidade Virtual
Dispositivos de Entrada
Objetivo: gerar a sensação de imersão do usuário em um ambiente virtual.
O usuário pode modificar e interagir com o mundo virtual.
Realidade Virtual
Dispositivos de Entrada
VirtuSphere
DataGlove
Mouse
Realidade Virtual
Dispositivos de SaídaPara o usuário ficar totalmente imerso no mundo
virtual
Geralmente são estimulados a audição e a visão.
Tato está começando a ser explorado.
Realidade Virtual
Dispositivos Hápticos
Objetivo: Fornecer ao usuário uma realimentação física.
Realismo
Classificação:
Parte dinâmica:
está relacionada ao movimento da cena e seus personagens.
Parte estática:
Renderização
Realismo
Parte dinâmica
http://aulolicinio.blogspot.com/
Realismo
Parte Estática
Realismo
Dificuldade: “complexidade do mundo real”.
Texturas
Iluminação
Sombras
Renderização
Textura
É um método de alteração da propriedade da
superfície do material.
Dar aparência de detalhes à superfície
Textura
Por quê utilizar texturas?
Representar cada aspecto da superfície de
um objeto pode se tornar muito dispendioso.
O mapeamento de texturas melhora o detalhe
da superfície sem usar um grande número de
vértices.
As texturas, juntamente com a luz, auxiliam
até mesmo na percepção do movimento.
Mapeamento de textura
Projetar uma imagem 2D sobre uma
superfície 3D.
Sombra
Aumento do realismo de cenas
Posicionamento relativo dos objetos
Efeito global que é caro de ser calculado
Sombra
Hard Soft
Sombras Aproximadas
Acrescenta um polígono na cena
Baixo grau de realismo
Shadow Textures
Ponto de Vista da Luz Textura Textura aplicada no polígono do chão
Soft Shadow
Escolher um algoritmo para hard shadow
Selecionar vários pontos na fonte de luz distribuída
Renderizar somando as contribuições
Renderização
Converter dados em uma imagem realística
Rasterização
Ray Tracer
Rasterização
OpenGL
Biblioteca de rotinas gráficas para modelagem 2D ou3D
Portável
Rápida
Excelente qualidade visual
OpenGL
Transformações Matriciais
Direct3D
Parte da API DirectX
Disponibilizado apenas para as versões do sistema operacional Windows
Base para a API de gráficos tridimensionais dos consoles de videogame Xbox e Xbox 360
Ray Tracing
Algoritmo de computação gráfica usado para renderização de imagens tridimensionais.
Ray Tracing
Path Tracing
Extensão do Ray Tracing
Reflexão difusa gera número infinito de raios
Seleciona um raio aleatoriamente
Muitos raios primários por pixel
Apenas um raio
secundário por recursão
Path Tracing
100 paths/pixel 200 paths/pixel
Ray Tracing X Rasterização
Ray TracingCustoso
Realista
Não precisa de Z-Buffer
Environment Map é eficiente e trivial
O(log N)
RasterizaçãoO(N)
Rápido!
Suporte pelas placas de vídeo
10 milhões de polígonos, Ray Tracing é mais rápido
Placas de Vídeo
Aceleradora gráfica
nVidia
CUDA
ATI
CUDA
Processamento massivamente paralelo
O processador de uma CPU foi feito para “Raciocinar”Realiza branch (if/else)(break) facilmente
Tem um sistema de cache extremamente eficiente
O processador de uma GPU foi feito para “Calcular”Consegue realizar MUITAS somas/multiplicações
Não têm um sistema de cache tão evoluído como o de uma CPU
CUDA
DeviceHost
Kernel 1
Kernel 2
Block (0,0)
Block (0,1)
Block (1,0)
Block (1,1)
Block (2,0)
Block (2,1)
Grid 1
Block (0,0)
Block (0,1)
Block (1,0)
Block (1,1)
Block (2,0)
Block (2,1)
Grid 2
Block (0,0)
Thread(0,0)
Thread(0,1)
Thread(0,2)
Thread(1,0)
Thread(1,1)
Thread(1,2)
Thread(2,0)
Thread(2,1)
Thread(2,2)
Thread(3,0)
Thread(3,1)
Thread(3,2)
Thread(4,0)
Thread(4,1)
Thread(4,2)
CUDA
CUDA
Aplicações
Jogos
Filmes
Educação
Treinamento em Medicina
Aplicações Militares
Simuladores
Arquitetura e urbanismo
Tratamento de fobias
Jogos
Jogos
SaleroKung-Fu
Filmes
Educação
Incentiva a curiosidade e/ou interesse dos alunos (motivação)
Geração de exemplos de forma mais prática, objetiva e visual;
Tornar envolvente a recapitulação dos conceitos vistos em aula
Oportunidade para experiências;
Educação
Cada pessoa, prefere aprender de uma maneira diferente: algumas são visuais, outras são verbais, algumas preferem explorar, outras deduzir.
Para pessoas que preferem aprender pela exploração ao invés da dedução, a Realidade Virtual pode permitir a análise detalhada muitas vezes impossível por outros meios.
Aqueles que aprendem de forma ativa:criar ambientes altamente interativos, permitindo a manipulação
direta com um ambiente que responda às ações do usuário. Para quem gosta de ter uma visão geral:colocar o usuário (aprendiz) como um super-observador do
processo e dando a ele uma visão geral do ambiente em estudo.
Medicina
Treinar num corpo virtual;
Utilizar instrumentos virtuais;
Oferecer diferentes graus de dificuldade;
Tratamento de ferimentos de combate;
Aplicar uma injeção na
veia do paciente;
Treinamento de
cirurgias oculares.
Aplicações Militares
Parceria entre exército e estúdios de games
Cenários virtuais realistas de imersão em situações de combate
Aplicações Militares
Sistema sem fio
Mover Livremente
Ambiente Virtual
Head-Mounted Display (HMD)
Roupa especial
Rastreador de movimentos
Controlador da arma
Simulador
Recriar os movimentos de uma aeronave durante o seu vôo
Ensino
Treinamento
Investigar as causas
de acidentes aéreos.
Simulador
Simuladores
Arquitetura e Urbanismo
Tratamento de Fobias
Claustrofobia – medo de lugares fechados
Acrofobia – medo de altura
Aerodromofobia – medo de viagens aéreas
Agirofobia - medo de ruas ou cruzamento de ruas
Burn Pain
Referências
[1] http://www.scribd.com/doc/2430872/Realidade-Virtual [2]
http://www.on.br/revista_ed_anterior/julho_2004/conteudo/futuro/futuro.html [3] http://rvinov.blogspot.com/2009_02_01_archive.html [4] http://repositorioaberto.univ-
ab.pt/bitstream/10400.2/1378/1/Disserta%C3%A7%C3%A3o_Vasco%20Dias.pdf [5] http://www.eps.ufsc.br/teses99/casas/cap4a.html [6] http://www.slideshare.net/agbrjr/realidade-virtual-3390158 [7]
http://www.cin.ufpe.br/~if687/turma_2010_1/03_Fundamentos%20de%20Realidade%20Virtual.pdf
[8] http://usuarios.upf.br/~pasqualotti/ccc053/intr_rv/visaogeral.htm [9] http://www.realidadevirtualeaumentada.com.br/Realidade_aumentada [10] http://www.techzine.com.br/arquivo/realidade-virtual-que-trabalha-com-
todos-os-seus-sentidos/http://www.pgie.ufrgs.br/siterv/equipamentos.htm
Realidade Virtual
Judith Kelner e vários autores
Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multimídia
Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Informática
Recife, Maio de 201